istoria timpurie a problemei longitudinii este discutată în articolul nostru longitudine și Acad. Prezentul articol discută despre atacul asupra problemei longitudinii în Anglia, care a început în jurul mijlocul secolului al 17-lea.grupuri de oameni de știință au început să se întâlnească la Londra și Oxford din 1645 și cu siguranță problema longitudinii a fost una dintre principalele probleme pe care le-au discutat. O poezie scrisă în 1661 a descris lucrarea care se desfășoară la Colegiul Gresham (vezi ):-

Colledge va măsura întreaga lume,
ceea ce concluzionează cel mai imposibil,
și navigatorii fac o plăcere
aflând longitudinea.
fiecare prelată trebuie apoi cu ușurință
Sayle orice Nave la th ‘ Antipodes.

în 1662 grupul de la Gresham College, care a inclus John Wilkins, John Wallis și Robert Hooke, și alte grupuri de oameni de știință, a devenit Societatea Regală din Londra pentru promovarea cunoașterii naturale. Societății Regale i s-a acordat carta de către Carol al II-lea și un alt membru al Grupului Colegiului Gresham, Christopher Wren, a scris preambulul Cartei Societății Regale. Unul dintre obiectivele declarate ale Societății Regale nou înființate a fost găsirea longitudinii.Jonas Moore, profesor de matematică și topograf care a fost foarte în favoarea lui Carol al II-lea, a devenit patron al lui John Flamsteed în 1670 după ce l-a întâlnit pe Flamsteed în timpul unei vizite făcute de Flamsteed la Royal Society din Londra. Jonas Moore a fost în măsură să furnizeze Flamsteed cu instrumente pentru a efectua observații astronomice. Trei ani mai târziu, Moore, împreună cu celebrul scriitor de jurnal Samuel Pepys, au fondat școala Regală de Matematică din cadrul Spitalului lui Hristos. Această școală a fost înființată cu scopul specific de a instrui băieții în tehnici de navigație, astfel încât să poată servi Regele pe mare.
au fost făcute propuneri pentru rezolvarea problemei longitudinii și în 1673 una bazată pe declinație magnetică a fost propusă de un anumit Henry Bond, vezi . Carol al II-lea a înființat un comitet pentru a examina propunerea, Comitetul a inclus printre membrii săi Brouncker, președintele Societății Regale, John Pell și Robert Hooke.
Hooke a fost mult timp interesat de ceasuri și dacă acestea ar putea fi folosite pentru a rezolva problema longitudinii. După ce a investigat dificultățile, a concluzionat că obținerea unui ceas pentru a menține timpul suficient de precis pe mare pentru a rezolva problema longitudinii a fost practic imposibilă:-

au fost propuse dificultăți din modificarea climatului, aerului, încălzirii și răcelii, temperatura izvoarelor, natura vibrațiilor, purtarea materialelor, mișcarea navei …

cu toate acestea, Hooke a ținut prelegeri în 1664 despre 20 de moduri diferite de a folosi un arc pentru a face echilibrul unui ceas mai uniform și a spus că are câteva trucuri în mânecă care l-ar putea lăsa să producă un ceas suficient de precis. Prin urmare, Hooke, la fel ca aproape toți oamenii de știință din acea vreme, a fost un judecător părtinitor al soluțiilor de longitudine, deoarece spera să rezolve singur problema.Jonas Moore, deși dornic să vadă o soluție a problemei longitudinii, pare să fi văzut rolul său de a face posibil ca alții să o rezolve mai degrabă decât el însuși. El l-a convins pe Carol al II-lea să acorde un mandat pentru ca Cambridge să poată acorda un M. A. lui Flamsteed în 1674. În același an, Societatea Regală a început să planifice înființarea unui observator pe care Moore s-a oferit să-l finanțeze, dar o altă propunere a venit de la un francez Le Sieur de St Pierre susținând că a rezolvat problema longitudinii folosind date astronomice. Carol al II-lea a înființat o comisie regală pentru a examina aceste noi propuneri de la St Pierre constând din Brouncker, Pell, Hooke împreună cu Wren și alți trei.în februarie 1675 Flamsteed a sosit la Londra pentru a rămâne cu Moore și Moore a aranjat ca Flamsteed să fie numit asistent al Comisiei Regale tocmai înființată pentru a examina propunerile de longitudine ale Sfântului Pierre. Flamsteed a făcut rapid observații care au indicat că metoda Sfântului Pierre de a prezice poziția Lunii, metoda distanței lunare de rezolvare a problemei longitudinii, a fost de puțin folos. Desigur, dacă poziția exactă a lunii ar putea fi prezisă, atunci problema longitudinii a fost rezolvată și englezii au început să trateze acest lucru ca principalul lor atac asupra problemei longitudinii, spre deosebire de francezii care au lucrat în mare parte la metoda lunilor lui Jupiter.Moore a aranjat, de asemenea, ca Flamsteed să-l viziteze pe rege și să-i spună despre munca lui Jean Picard la Observatorul din Paris și despre atacul francez asupra problemei longitudinii. Flamsteed, jucând cartea ‘mândria națională’, i-a subliniat regelui cum francezii au avut un observator regal pentru această lucrare și regele s-a mutat rapid pentru ca Anglia să se potrivească cu Franța. La 4 martie 1675 a numit Flamsteed Observatorul său astronomic prin mandat Regal. Din salariul său de 100 de euro a trebuit să plătească 10 euro taxe și, de asemenea, să furnizeze toate instrumentele proprii, astfel încât să poată:-

… aplicați-vă cu cea mai exactă grijă și diligență pentru a rectifica tabelele mișcărilor cerurilor și locurile stelelor fixe, astfel încât să găsiți longitudinea atât de dorită a locurilor pentru perfecționarea artei navigației.

Flamsteed a fost informat de numirea sa de către Moore, dar a fost departe de a fi încântat de salariul propus, mai ales când a aflat că trebuie să dea lecții la doi băieți la școala Regală de matematică de la Spitalul lui Hristos ca parte a îndatoririlor sale. În termen de două zile de la numirea lui Flamsteed, Greenwich fusese acceptat ca site pentru noul observator, site-ul fiind ales de Wren. Clădirea Observatorul Regal de la Greenwich a început în 1675 proiectat de Wren și regizat de Hooke. Flamsteed și Halley au sfătuit cu privire la cerințele pentru instrumente și observarea a început în 1676.unul dintre primele proiecte ale lui Flamsteed la Observatorul Regal a fost să încerce să demonstreze că Pământul se rotește pe axa sa într-un ritm constant. Acest lucru fusese asumat de Copernic când și-a prezentat prima dată teoria sistemului solar, dar nu fusese niciodată dovedită. A fost, de asemenea, un ingredient vital în toate metodele propuse de determinare a longitudinii care au făcut presupunerea că Pământul se rotește o cantitate fixă în fiecare minut.Moore a cumpărat două ceasuri pentru Flamsteed cu pendule lungi de 4 m, care erau atârnate deasupra cadranelor ceasurilor. Soarele nu a putut fi folosit ca cronometru, deoarece faptul că orbita Pământului nu este circulară înseamnă că timpul cadranului solar ar fi înaintea timpului exact al ceasului pentru o parte a anului și în spatele acestuia în alte momente. Această variație între timpul ceasului și timpul cadranului solar este cunoscută sub numele de ecuația timpului sau ecuația zilelor naturale și a fost cunoscută Grecilor și arabilor cu multe secole mai devreme (deși, desigur, motivul variației nu a fost înțeles atunci).
puteți vedea o imagine a Observatorului la acest LINK. Există cele două cadrane din stânga cu bobii pendulului vizibili deasupra cadranelor.Flamsteed a folosit steaua Sirius ca un cronometru care corectează timpul sideral obținut din tranzitele succesive ale stelei în timpul solar, diferența fiind desigur datorată rotației Pământului în jurul Soarelui. Flamsteed a scris într-o scrisoare în 1677: –

… ceasurile noastre au păstrat o corespondență atât de bună cu cerurile, încât nu mă îndoiesc, dar ar dovedi că revoluțiile Pământului sunt izocronice…

a cerut un an pentru a finaliza experimentul, dar acest lucru ar fi posibil numai dacă muniția care și-a plătit salariul: –

… nu mă înfometați, pentru alocația mea, știți, este mică și acum sunt trei sferturi în datoria mea. Mă tem că trebuie să vin în țară pentru a căuta unele vicariat săraci, și apoi rămas bun de la un experiment.

cu toate acestea, Flamsteed nu a murit de foame și până în martie 1678 a dovedit rotația isochronus a Pământului. O parte a problemei longitudinii a fost astfel rezolvată, deși nimeni nu se îndoia cu adevărat că Pământul se rotea cu o rată constantă. (Desigur, acum știm că, cu măsurători mai precise, putem detecta că rata de rotație a Pământului se schimbă și se adaugă secunde de salt cu diverse ocazii pentru a corecta acest lucru.Observatorul Regal Greenwich a trebuit să furnizeze cantități mari de date și Flamsteed a petrecut 15 ani din 1689 până în 1704 compilând tabele ale lunii pentru metoda distanței lunare de a găsi longitudinea. Newton a cerut, de asemenea, date despre lună, astfel încât să-și poată perfecționa înțelegerea orbitei în ceea ce privește noua sa teorie a gravitației.
între 1690 și 1707 au existat o serie de incidente în care navele navale engleze s-au pierdut pe mare pentru că și-au pierdut pozițiile. În cel mai grav incident din 1707, peste 2000 de oameni s-au pierdut când patru nave au eșuat pe Insulele Scilly în timp ce se întorceau în Anglia. Din ce în ce mai multă presiune era în creștere pentru o soluție la problema longitudinii, deoarece eșecul continuu de a o rezolva Costa Anglia sume mari de bani. Toată lumea credea că matematicienii și astronomii vor oferi soluția, dar nu trebuie să fie. Cu toate acestea, atât propunerile Serioase ingenioase, cât și cele comice au continuat să apară.
O propunere comică, bazată pe înțelegerea corectă a faptului că o cunoaștere a timpului universal ar permite calcularea longitudinii, este descrisă în :-

a implicat utilizarea … pulberea simpatiei. … pulberea simpatiei a fost aplicată, nu pe rană, ci pe arma care a provocat-o. … înainte de a naviga, fiecare navă trebuie să fie dotată cu un câine rănit. Un observator de încredere pe mal, echipat cu un ceas standard și un bandaj din rana câinelui ar fi … în fiecare oră, pe punct, scufundați bandajul într-o soluție de pulbere de simpatie, iar câinele de la bordul navei ar striga ora.

o propunere mai serioasă a venit de la William Whiston și Humphrey Ditton în 1714. Ei au propus, vezi:-

… un număr de nave ușoare să fie ancorate în principalele benzi de transport maritim la intervale regulate… Navele de lumină ar declanșa la intervale regulate o coajă de stea programată să explodeze la 6440 de picioare. Căpitanii de mare își puteau calcula cu ușurință distanța față de cea mai apropiată navă de lumină doar prin sincronizarea intervalului dintre bliț și raport.

Parlamentul a înființat o comisie ai cărei membri i – au inclus pe Newton și Halley pentru a examina propunerile Whiston-Ditton și pentru a raporta în general problema longitudinii. Newton a raportat Comitetului că majoritatea propunerilor de longitudine erau corecte în teorie, dar au căzut în practică. Newton nu a favorizat metoda franceză de utilizare a lunilor lui Jupiter și a remarcat că metoda Whiston – Ditton nu permitea longitudinea să fie găsită pe mare dacă s-ar fi pierdut vreodată. Newton a luat în considerare metoda ceasului care urma să reușească în cele din urmă:-

unul este, printr-un ceas să păstreze exact timpul: dar din cauza mișcării navei, a variației căldurii și a frigului, umed și uscat și a diferenței de gravitație la diferite latitudini, un astfel de ceas nu fusese încă făcut.

Parlamentul a crezut că a sosit momentul să facă o mișcare radicală și, la 16 iunie 1714, au adoptat un Act:-

… pentru furnizarea unei recompense publice pentru persoana sau persoanele care vor descoperi longitudinea… la o sumă de zece mii de lire sterline, dacă determină longitudinea menționată la un grad dintr-un cerc mare sau șaizeci de mile geografice, la cincisprezece mii de lire sterline, dacă determină același lucru la două treimi din Distanță și la douăzeci de mii de lire sterline, dacă determină același lucru la o jumătate din aceeași distanță…

pentru a înțelege valoarea acestui premiu, trebuie doar să ne amintim salariul anual al săracului Flamsteed de 100 de dolari pentru a-și asigura atât existența, cât și pentru a-și cumpăra instrumentele. Comisarii au fost numiți, cunoscuți sub numele de Consiliul de longitudine, pentru a judeca dacă propunerile au îndeplinit condițiile și pentru a oferi avansuri în numerar pentru propuneri promițătoare. Comisarii au inclus membri ai Amiralității, astronomul regal, Savilian, Lucasian, și Plumian profesori de matematică în Oxford și Cambridge și zece membri ai Parlamentului.
desigur, a existat un potop de propuneri pline de speranță prezentate, una din Wren fiind printre ei. Comisia a angajat un secretar pentru a face față numărului imens de sugestii imposibile și s-a întâlnit de trei ori pe an pentru a lua în considerare cele despre care secretarul credea că merită să fie studiate în continuare de Comisie. Au fost făcute multe premii mici, dar nu a apărut nicio propunere de merit real.
înainte de a descrie contribuția lui John Harrison la problema longitudinii, și rezolvarea în cele din urmă a problemei, există un alt ingredient important care ar trebui menționat. John Hadley, care era vicepreședinte al Societății Regale, a descris într-o comunicare către Societate în mai 1731, două noi instrumente care se bazau pe principiul dublei reflecții. Aceste instrumente permise, a se vedea:-

… ambele corpuri (pentru distanțele lunare) sau corpul și orizontul (pentru altitudini) să fie văzute de observator simultan, făcând posibile observațiile într-o navă în mișcare.

de fapt Thomas Godfrey din Pennsylvania făcuse aceeași invenție aproape exact în același timp cu Hadley și mai târziu s-a descoperit în ziarele lui Halley că Newton avea o idee similară în 1700, dar Halley îi spusese că nu este practic.John Harrison și-a construit primul ceas în 1715, anul după ce Legea privind longitudinea a fost adoptată. Până în 1727 a realizat un ceas foarte fin cu un pendul de grătar care consta din nouă tije alternante de oțel și alamă pentru a elimina efectele schimbărilor de temperatură. În 1730 Harrison a vizitat Londra, luând cu el pendulul său de grătar și evadarea lăcustă pe care o dezvoltase și acolo a aflat exact ce era necesar pentru a câștiga premiul longitudine. A vorbit cu Halley, astronomul regal, care l-a sfătuit să nu caute finanțare de la Consiliul de longitudine, ci mai degrabă să caute mai întâi bani din alte surse.
Harrison a făcut acest lucru și i s-au dat bani pentru a-i permite să-și facă primul ceas, special conceput pentru a păstra ora exactă pe mare. Halley l-a sfătuit să se apropie de tablă după ce i s-a construit ceasul. Harrison a finalizat ceasul, numit acum H1, în 1735. Era un ceas mare care cântărea aproximativ 35 kg, arătând departe de frumos, dar cu multe caracteristici ingenioase. L-a dus la Londra, unde a fost examinat de cinci membri ai Societății Regale, inclusiv Halley, și au fost entuziasmați de ceas și i-au dat lui Harrison un certificat care însemna practic că Consiliul de longitudine nu avea altă opțiune decât să ordone un proces pe mare.
O imagine de H1 este la acest LINK.Harrison l-a însoțit pe H1 la bordul H M S Centurian la Lisabona și s-a întors pe H M S Oxford. A fost o alegere ciudată a unui traseu, deoarece era în mare parte nord / sud, dar H1 s-a comportat bine și Harrison a putut să-i spună căpitanului în călătoria de întoarcere că nava se afla la 150 km mai la vest, pe care căpitanul o credea.cu toate acestea, Harrison nu a fost mulțumit de H1 și s-a apropiat de Consiliul de longitudine în 1737. Procesul-verbal al înregistrării Consiliului: –

Dl John Harrison a produs o nouă mașină inventată, în natura ceasului, prin care propune să păstreze timpul pe mare cu mai multă exactitate decât orice alt instrument de metodă cunoscut până acum… și propune să facă o altă mașină de dimensiuni mai mici în termen de doi ani, prin care se va strădui să corecteze unele defecte pe care le-a găsit în cea pregătită…

H2 A fost construit cu 250 de la bordul de longitudine (cu promisiunea unui alt 250 de la 250 de la data livrării pentru testare), dar, în ciuda intenției, s-a dovedit a fi mai greu decât H1. Cu toate acestea, a avut o serie de caracteristici inovatoare suplimentare. Harrison a finalizat H2 în 1739, așa cum a promis, dar a petrecut doi ani testându-l el însuși. Încercările pe mare au fost dificile, deoarece Anglia era în război cu Franța: Războiul de șapte ani a perturbat cu siguranță progresul științific.Harrison a decis să construiască un al treilea ceas, H3, și a scris Consiliului de longitudine în 1741. El a fost distins cu un alt 500 de euro. În mod clar, Societatea Regală a fost impresionată de munca lui Harrison, deoarece i-au acordat Medalia Copley în 1749, un eveniment remarcabil având în vedere faptul că Harrison nu avea pregătire academică sau pregătire. Societatea Regală l-a proclamat pe Harrison ca fiind: –

… autorul celei mai importante descoperiri științifice sau contribuții la știință prin experiment sau altfel…

Lucrările la H3 nu au mers atât de bine pe cât sperase Harrison și a primit o serie de avansuri suplimentare de la Consiliul de longitudine înainte de a decide în cele din urmă în 1757 să nu testeze H3, ci să construiască un ceas mult mai mic.
H4 A fost început în 1757 și finalizat în doi ani.
O imagine de H4 este la acest LINK.
avea aproximativ 12 cm în diametru și Harrison însuși a fost perfect corect când a spus:-

cred că pot face îndrăzneț să spun, că există orice alt lucru mecanic sau matematic în lume, care este mai frumos sau curios în textura decât acest ceas meu sau time-keeper pentru longitudine …

în 1761 Harrison a solicitat un proces pe mare pentru H4. Din 1741 a primit 3000 de la Consiliul de longitudine pentru a-l ajuta să-și finalizeze lucrarea și acum i-au dat un alt 500 de la 500 pentru a finaliza ajustarea H4.
deși până la această etapă Harrison a fost tratat destul de bine de către Consiliul de longitudine el a fost acum de a găsi aproape imposibil să-i convingă că H4 îndeplinește condițiile pentru acordarea premiului 20000 de la articolul 20000. A fost organizat un proces și H4 A fost pus pe Deptford cu fiul lui John Harrison, William Harrison, îngrijindu-l. Condițiile premiului au fost complet îndeplinite când Deptford a ajuns în Jamaica, H4 pierzând doar 5 secunde pe întreaga călătorie. La întoarcere, care nu făcea parte din proces, H4 cu William Harrison se aflau pe sloop Merlin. Vremea a fost extrem de rea, iar Merlin a fost lovit pe tot parcursul călătoriei, dar H4 A fost încă efectuat în condițiile stabilite pentru premiul 20000 de la centimetrii.

Societatea Regală și Consiliul de longitudine nu au fost dispuși să-i dea lui Harrison 20000 pe care îl merita pentru îndeplinirea condițiilor. Au existat o serie de motive pentru acest lucru. În primul rând condițiile au fost stabilite atunci când a existat puține perspective că acestea ar fi îndeplinite, astfel încât acestea nu au fost atent gândite. Acum s-a susținut că ar fi putut fi o șansă, ceea ce însemna că H4 îndeplinea condițiile. Poate că mai semnificativ erau încă mulți membri ai Societății Regale care încă sperau să câștige ei înșiși premiul.James Bradley, care i-a succedat lui Halley ca astronom Royal în 1742, și Tobias Mayer erau convinși că metoda distanței lunare va duce la rezolvarea problemei longitudinii. Mayer își trimisese mesele lunare la Consiliul de longitudine în 1756, dar războiul de șapte ani cu Franța împiedicase procesele adecvate. În 1761 Maskelyne, un alt credincios puternic în metoda distanței lunare, a fost trimis la Sfânta Elena pe Prințul Henry pentru a testa metoda distanței lunare pentru placa de longitudine și, în special, pentru a testa mesele lui Mayer. În Howse descrie lucrarea lui Maskelyne asupra metodei distanței lunare în această călătorie:-

el a simțit că a dovedit utilitatea tabelelor lui Mayer și a metodei în general în călătoria exterioară. Legat spre casă, prin urmare, el a luat puține observații el însuși… Ceea ce a făcut, totuși, a fost să încurajeze ofițerii navei să ia astfel de observații și să le arate cum să facă calculele laborioase…

Maskelyne a susținut:-

longitudinea poate fi găsită întotdeauna într-un grad sau foarte puțin mai mult, care răspunde la aproximativ 40 de mile geografice în latitudinea Canalului Mânecii.

Bradley a susținut că el și Tobias Mayer ar fi împărțit premiul 10000 de longitudine, dar pentru ceasul blestemat al lui Harrison. Nu numai Harrison se simțea greu de făcut.James Bradley și Mayer au murit amândoi în 1762, dar văduva lui Mayer a primit mai târziu 3000 de la Consiliul de longitudine. Harrison a rămas să-și continue bătălia, dar a început să se teamă că raportul lui Mayer despre succesul său cu mesele lui Mayer ar putea fi văzut ca demn de premiu, deoarece propriul său succes fusese ignorat. Un al doilea proces pentru H4 A fost aranjat și H M S Tartar a navigat din Portsmouth la 28 martie 1764 cu William Harrison și H4 la bord. La sosirea la Barbados William Harrison a descoperit că Maskelyne fusese trimis înainte pentru a judeca succesul procesului.William Harrison s-a plâns că Maskelyne nu era un judecător imparțial și Maskelyne a avut bunul har de a cere ca observațiile necesare să fie făcute de altcineva, deoarece era bolnav. H4 A pierdut doar 54 de secunde în cele 5 luni ale călătoriei și după corectarea erorilor, pe care Harrison le-a stabilit înainte de călătorie, eroarea a fost redusă la 15 secunde.
cazul stiintific pentru H4 castigarea premiului 20000 a fost indiscutabil. O copie a H4 făcută de Kendall, numită K1, s-a dovedit, de asemenea, că se încadrează bine în condițiile Premiului, iar John Harrison, la vârsta de 78 de ani, a făcut un alt ceas H5 în încercările sale de a satisface alte condiții stabilite de Consiliul de longitudine. Cu toate acestea, a fost nevoie de o petiție a lui John Harrison către regele George al III-lea înainte de a primi premiul pentru rezolvarea problemei longitudinii.
O imagine de K1 este la acest LINK.
în dezvoltarea cronometrului marin după Harrison este descris:-

a fost lăsat colegilor mai tineri să proiecteze cronometre … destul de ieftin pentru a fi la îndemâna navigatorilor obișnuiți. … Compania britanică a Indiilor de Est a insistat devreme că toate navele lor poartă cronometre. Marina Regală a fost ceva mai lentă în următorul caz: a fost 1840 sau mai târziu înainte ca navele să transporte cronometre în apele de origine… probele anuale de cronometru au avut loc la Greenwich din 1821, cu premii pentru cele mai bune cronometre depuse.